Приложение 10 (обязательное). Указания по проектированию, строительству и эксплуатации фильтрующих насыпей

Приложение 10
Обязательное

Указания
по проектированию, строительству и эксплуатации фильтрующих насыпей

1. Общие положения

1.1. Настоящие Указания предназначены для использования при проектировании, строительстве и эксплуатации железных дорог в различных природных условиях. Они развивают и дополняют соответствующие положения действующих нормативных документов по проектированию, строительству и эксплуатации водопропускных сооружений.

1.2. Фильтрующая насыпь (ФН) является разновидностью малого водопропускного сооружения, состоящего из фильтрующей части, выполняемой в виде наброски из камня, размещаемой в теле дорожной насыпи слоя сопряжения фильтрующей части с основанием сооружения и изоляции ее поверхностей.

1.3. ФН, аналогично мостам и трубам, рекомендуется размещать в местах пересечения трассой дороги водотоков, а также ложбин, логов и других локальных понижений местности согласно требованиям СНиП II-39-76.

1.4. ФН целесообразно отдавать предпочтение в случаях размещения сооружения:

а) в пределах железных дорог III и низших категорий, притрассовых автомобильных дорог;

б) на кратко- и долговременных обходах в пределах железных дорог I и II категорий;

в) на водотоках с расчетным расходом 5 и менее;

г) на слабых и просадочных основаниях большой мощности, в том числе на участках залегания подземного льда, при которой типовые конструкции и технология строительства фундаментов мостов и труб практически не применимы, без осуществления сложных противодеформационных мероприятий и устройств, требующих значительных материальных, трудовых и энергетических затрат при строительстве и эксплуатации дороги;

д) в пределах равнинных участков местности (марь, тундра и т.п.) на пересечениях локальных понижений в местах залегания льдонасыщенных вечномерзлых грунтов и подземного льда, где по действующим нормам размещать водопропускное сооружение не требуется, но посредством продольных водоотводных канав перехват и отвод поверхностной воды от земляного полотна не может быть обеспечен, вследствие чего не исключается возможность образования водоемов у подошвы насыпи, возникновение термокарста и связанных с ним длительных и неравномерных осадок земляного полотна;

е) в пределах слабопересеченных участков местности с наличием прочных, неразмываемых грунтов основания, где требуется увеличивать высоту насыпей с 1 м (достаточных по условиям норм проектирования продольного профиля и земляного полотна) до 4 м, необходимых для размещения труб;

ж) на переходах с наличием сильно засоленных агрессивных грунтовых и поверхностных вод;

з) в районах с сейсмичностью 8 и более баллов;

и) в различных условиях, не перечисленных в пп. 1.4 и 1.5, при равенстве строительной стоимости сравниваемых вариантов проектируемого сооружения.

1.5. ФН не рекомендуется применять:

в районах с активным развитием эрозионных процессов и оврагообразованием, в том числе в районах с широким распространением лессовидных грунтов;

на периодических водотоках, в непосредственной близости от которых расположены выемки, прорезающие массивы глинистых грунтов, а также естественные склоны местности и пахотные участки, когда известные конструктивные решения по устройству илоудерживающих ограждений не могут предохранить ФН от заиливания с достаточной надежностью;

на пересечениях водотоков, переносящих в период паводков большое количество древесного мусора, промышленных и бытовых отходов;

на постоянных водотоках, являющихся естественными путями миграции рыбы, а также используемых для передвижения плавсредств.

1.6. По гидравлическому режиму ФН могут быть безнапорными и напорными. Напорной называют ФН, в которой ее входное отверстие полностью заполнено водой, а расчетный уровень водотока превышает верх сооружения (рис. 1, а). Безнапорной является ФН, внутри которой вода ограничена свободной поверхностью, называемой поверхностью насыщения или (в продольном сечении) кривой депрессии (рис. 1, б).

1.7. ФН применимы в качестве незаглубленного фундамента одно- или многоочковой водопропускной трубы. При таком конструктивном решении ФН называют комбинированной (КФН) и на нее распространяются все положения настоящих Указаний.

1.8. Решение по выбору типа проектируемого сооружения (мост, труба, ФН или КФН) рекомендуется принимать на основе технико-экономического сравнения возможных вариантов.

1.9. Для ликвидации застоев поверхностной воды, возникающих у подошвы откосов насыпи в условиях временной и постоянной эксплуатации железных дорог или на притрассовых автомобильных дорогах, целесообразно применять дренирующие прорези (ДП), размещаемые аналогично ФН в теле насыпи. Размеры ДП назначают конструктивно, без гидравлического расчета; проектируют, строят и эксплуатируют ДП согласно настоящим Указаниям, как и ФН.

2. Проектирование

2.1. Для проектирования ФН необходимо иметь следующие исходные данные:

величины расчетного расхода воды и продольного уклона лога или русла;

поперечное сечение лога или русла;

высоту и конструкцию насыпи в месте расположения ФН;

вид грунта, слагающего русло, в естественных условиях;

характеристику растительно-дернового покрова в пределах русла;

местоположение запасов камня (выемка, карьер), намечаемого для строительства ФН;

физико-технические характеристики камня (генезис, морозостойкость, размокаемость, размываемость).

2.2. В продольном сечении ФН проектируют в зависимости от назначаемого гидрологического режима работы сооружения и степени размывания грунтов основания, применительно к схемам, приведенным на рис. 1, 2.

2.3. Поперечное сечение ФН назначают трапецеидальным, прямоугольным или иной формы, в зависимости от сроков выполнения строительных работ и естественного очертания лога, русла водотока и других мест трассы, где размещается проектируемое сооружение. При строительстве новых дорог проектируют преимущественно трапецеидальным, размещая большое основание внизу (рис. 2, б) в случае опережающего строительства ФН или вверху (рис. 2, в) - при опережающем выполнении земляных работ по возведению насыпи.

В случае производства работ по устройству ФН в условиях эксплуатации существующей дороги целесообразно назначать прямоугольное поперечное сечение сооружения (рис. 2, г) или другой формы в зависимости от вида и конструкции заменяемого сооружения и с учетом технологии производства работ (см. п. 1.9).

2.4. Размеры поперечного сечения фильтрующей части (ФЧ) сооружения назначают с учетом результатов гидравлического расчета (рекомендуемое приложение 11).

2.5. На водотоках с расчетным расходом более 10 целесообразно рассматривать варианты применения комбинированных водопропускных сооружений с их размещением:

а) по вертикали - КФН (рис. 3). При этом нижняя часть сооружения ФН предназначена для пропуска водотока при меженном уровне воды и части расхода во время паводков, а верхняя часть над ФН - труба (одна или более (по расчету) должна обеспечивать пропуск части расхода во время паводков;

б) по горизонтали (ФН+мост), когда ФН размещают на пересечениях стариц и рукавов основного русла в пределах широких пойм реки, для пропуска меженных вод и части расхода во время паводков; мост - через основное русло реки для пропуска основного расхода водотока, плавсредств и плывущих предметов (льда, деревьев и т.д.).

2.6. На водотоках с расчетным расходом 0,5 и менее размеры поперечного сечения ФЧ назначают конструктивно с учетом намечаемых организации и способа производства работ по возведению прилегающих участков насыпи и водопропускного сооружения (ФН, КФН или ДП).

2.7. Способы подготовки основания и его сопряжения с ФЧ сооружения необходимо назначать в зависимости от вида грунта основания, наличия и вида растительно-дернового покрова, состояния поверхности русла, а также расчетной скорости течения водотока на выходе из сооружения (рекомендуемое приложение 11).

2.8. В пределах марей, тундры и на других равнинных участках местности (см. п. 1.4, д.) сопряжение ФЧ сооружения с основанием целесообразно выполнять посредством отсыпки на поверхность растительно-мохового покрова подушки трапецеидальной формы из песчаного или галечно-гравийного грунта (см. рис. 2, а, б) с целью минимального нарушения естественного гидрологического режима поверхностной и грунтовой вод, а также теплового режима вечномерзлых грунтов основания ФН.

Высоту подушки необходимо назначать в зависимости от деформативности растительно-мохового покрова и грунтов деятельного слоя с расчетом на полную или частичную компенсацию материалом подушки осадки нижней части сооружения, но не более 0,5 м при производстве работ по возведению ФН в летне-осеннее время и не более 5 см над уровнем кочек при производстве работ в зимне-весеннее время.

2.9. При большой деформативности грунтов основания необходимо предусматривать запас на осадку за счет соответствующего увеличения длины и высоты ФЧ сооружения сверх требуемой по данным гидравлического расчета.

2.10. Входной и выходной оголовки ФН необходимо выносить за пределы откосов прилегающих участков дорожной насыпи в виде берм шириной не менее 1 м (рис. 4).

В случаях, предусмотренных пп. 1.4, г и 2.8, ширину оголовков l рекомендуется назначать по формуле

, (1)

где 1,0 - минимальный размер оголовка, м; S - расчетная осадка прилегающих участков насыпи за счет деформирования грунтов основания, м; h - толщина подушки, м.

2.11. Запас по высоте ФЧ сооружения можно определять по формуле

, (2)

где 0,5 - запас, м, учитывающий увеличенную осадку ФН по сравнению с осадкой прилегающих участков насыпи.

2.12. Участки откосов насыпей, прилегающих к оголовкам ФН, рекомендуется укреплять по нормам укрепления конусов и откосов насыпей у малых мостов и труб. Укрепление русла водотоков перед входным и выходным оголовками рекомендуется предусматривать в виде наброски камней толщиной слоя 0,5-0,6 м.

Для сооружений с расчетным расходом водотока 0,5 и менее указанное укрепление можно не предусматривать.

2.13. С нагорном стороны фильтрующих насыпей при необходимости следует предусматривать специальные ограждения*, например, в виде наброски из камня с целью задержания ила, мусора и т.п.

2.14. Поверхность подушки, верх и бока ФЧ сооружения необходимо покрывать изоляцией (см. рис. 1 и 2) из синтетического материала (геотекстиля) промышленного изготовления типа дорнит, ватин и т.п.

2.15. Для возведения ФЧ сооружения необходимо предусматривать использование крепких, неразмокаемых, морозоустойчивых пород размером 0,20-0,40 м.

2.16. Для контроля за тепловым и гидравлическим режимом ФН, а также за процессом стабилизации грунтов основания на участках со сложными мерзлотно-грунтовыми условиями рекомендуется предусматривать в проекте оснащение сооружения термометрическими и пьезометрическими скважинами, а также осадкомерами, устанавливаемыми по осям пути и водопропускного сооружения.

3. Строительство

3.1. Заготовку камня для ФЧ сооружений следует выполнять в карьерах или при разработке скальных выемок, предусматривая использование:

а) специальных взрывов на рыхление горной породы с расчетом получения оптимального количества камня размером 0,2-0,4 м;

б) экскаваторов со сменным рабочим органом или корчевателей (например, корчевателя-собирателя Д-695, техническая характеристика которого дана в табл. 1) - для отбора камня с требуемыми размерами и укладки его в штабеля;

в) экскаваторов или погрузчиков - для погрузки камня в автосамосвалы из штабелей.

Таблица 1

Д-695, агрегатирующийся с тракторами Т-100 МБГП или T-I00 МГП	Единица измерения	Количество
Ширина захвата	м	2 или 3,5 (с дополнительными секциями-уширителями)
Число зубьев	шт.	5 или 9
Расстояние между зубьями	мм	355
Максимальное заглубление зубьев	"	640
Высота подъема зубьев	"	950
Габариты (с трактором)	"	768х3830х325
Масса навесного оборудования	кг	3900

Примечание. Корчеватель-собиратель Д-695 оснащен двумя дополнительными гидроцилиндрами поворота отвала в продольной плоскости вокруг точек крепления его к толкающим брусьям, что позволяет вырывать камни, а также вывешивать их на зубьях при поднятии и установке отвала в горизонтальное положение.

3.2. В случае отсыпки прилегающих к водопропускному сооружению участков насыпи из горной массы (крупнообломочного грунта с глинистым или песчаным заполнителем) может быть применен способ послойного отбора камня требуемых размеров и укладки его в штабеля или непосредственно в тело ФН с использованием, например, корчевателя-собирателя Д-695 [1].

3.3. Укладывать камень в ФЧ сооружения следует методом свободной наброски сортированного камня драглайном или выгрузкой из самосвалов с последующим профилированием поверхности ФЧ бульдозером.

3.4. Работы по возведению ФН можно выполнять круглогодично. При этом на участках с наличием вечномерзлых грунтов III и IV категорий просадочности, а также с залеганием подземного льда доставлять камень и другие строительные материалы к месту строительства необходимо по временным дорогам или по отсыпаемой дорожной насыпи без нарушения растительно-мохового покрова в местах размещения ФН и на подходах к ней.

Земляное полотно временной дороги следует размещать с расчетом на минимальное нарушение условий естественного стока поверхностной воды. После завершения работ по возведению ФН необходимо сделать соответствующие проходы в теле временной дороги и удалить другие препятствия, затрудняющие подход поверхностной воды к ФН.

3.5. Необходимый для строительства ФН комплект машин, механизмов и оборудования приведен ниже.

                   Комплект машин:                             Количество

Буровая машина БТС-150 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Компрессор ДК-9М . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . .  1

Электростанция мощностью 7-9 кВт . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Корчеватель-собиратель Д-965 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Фронтальный погрузчик с ковшом вместимостью 1,5-2,0 м3 . . . . . . 1

Автосамосвалы грузоподъемностью 12-14,5 т

при дальности возки, км:

1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  1

3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  1

5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  2

10  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3

Бульдозер на тракторе Т-100 МГС. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

3.6. Состав комплексной бригады обслуживающего персонала, а также показатели производительности работ приведены в табл. 2 и 3.

3.7. Для заготовки камня требуемого размера в притрассовой карьере или в выемке в соответствии с технологической схемой (рис. 5) буровой машиной 1 бурят скважины 2 глубиной 3-5 м с шагом 2 м, заряжают их взрывчатым веществом, тип и количество которого назначают по расчету на рыхление взрываемого массива. Из разрыхленного взрывом скального массива корчевателем-собирателем 3 послойно отбирают кондиционный камень и укладывают его в штабель 4 высотой 2,5-4 м. Из штабеля камень фронтальным тракторным погрузчиком 5 загружают в автосамосвал 6 по челночной схеме.

Таблица 2

Состав комплексной бригады	Разряд (класс)	Количество рабочих
Бурильщик	6	1
"	5	1
Взрывник	6	1
Машинисты:
компрессора	5	1
электростанции	5	2
корчевателя-собирателя	6	1
фронтального погрузчика	6	1
бульдозера	6	1
Водители автосамосвалов при дальности возки, км:	III
1-3		1
5		2
10		3
Изолировщики	4	2

Таблица 3

Показатели, м3/смену	Дальность автовозки, км
	1-3	5	10
Производительность	100	100	100
Выработка на 1 рабочего	10	9,1	8,3

Примечание. Машинисты электростанций не учтены.

3.8. Автосамосвалами камень из штабеля транспортируют и выгружают в прогал дорожной насыпи 7 на предварительно подготовленную подушку из песка или гравийно-галечного грунта (см. рис. 2), бульдозером формируют фильтрующую часть 8 сооружения.

3.9. Изоляцию 9 поверхности подушки и фильтрующей части сооружения укладывает бригада из двух рабочих.

3.10. После покрытия поверхности фильтрующей части сооружения изоляцией отсыпают верхнюю часть дорожной насыпи грунтом с основной площадки прилегающих участков насыпи с помощью бульдозера 10, который использовался при возведении фильтрующей части сооружения.

3.11. В пределах участков трассы с наличием подземного льда и просадочных при оттаивании вечномерзлых грунтов, а также других участков трассы, где проезд транспортных и строительных машин и механизмов вне дорог не допускается или практически невозможен, когда насыпи возводят способом "с головы", ФН следует возводить с применением специальной технологии производства работ.

Технология рассчитана на случаи опережающего и одновременного с земляным полотном строительства водопропускных сооружений. Она заключается в последовательном выполнении следующих операций (рис. 6):

а) по нижнему уплотненному слою грунта 1 возводимой дорожной насыпи подвозят самосвалами песок или галечно-гравийный материал и отсыпают "с головы" на естественную поверхность основания 2 без специального уплотнения подушку 3, планируют ее поверхность, создавая форму, предусмотренную проектом;

б) на спланированную поверхность песчаной подушки 2 укладывают изоляцию 4 из полотен тканевидного синтетического материала типа дорнит. Полотна изоляции 4 укладывают поперек продольной оси сооружения и водотока, начиная с низового конца сооружения, с перекрытием на 10-15 см каждого предыдущего полотна последующим;

в) на поверхность подушки 3, покрытую изоляцией 4, отсыпают из камня фильтрующую часть сооружения, образуя одновременно с двух ее сторон, начиная от подошвы откосов, продольную по отношению к оси сооружения первую пару (I - I) валов, высота которых обусловлена объемом камней, доставляемых одной саморазгружающейся машиной, а длина - шириной дорожной насыпи на уровне подошвы ее откосов;

г) наружные откосы валов при необходимости планируют, затем покрывают изоляцией 4 их, а также верх и верхнюю часть внутренних откосов, начиная укладку полотей изоляции со стороны входного оголовка сооружения и обеспечивая перекрытие смежных полотен на 10-15 см;

д) отсыпают с одновременным уплотнением слои 5 грунта возводимой дорожной насыпи до уровня, равного высоте первой пары валов;

е) удлиняют за пределы поверхности откосов возводимой дорожной насыпи первую пару (I - I) валов на величины, равные проектной длине входного и выходного оголовков водопропускного сооружения, посредством выгрузки камня из автосамосвалов на торцы каждого вала I - I, не допуская заезд боковых колес автомашин за его ось А, и покрывают изоляцией 4 наружный откос, верх и верхнюю часть удлиненной части вала (оголовка сооружения);

ж) отсыпают вторую пару (II - II) валов посредством выгрузки камня из автосамосвалов, не допуская продвижения задних колес разгружаемой автомашины за ось А каждого из валов.

После доведения второй пары валов до высоты, равной высоте первой пары валов, покрытие их изоляцией, отсыпка очередных слоев грунта 5 дорожной насыпи, а также удлинение второй и последующих пар валов выполняют в последовательности и способами, изложенными в пп. г - е;

з) после достижения верхом очередного вала проектной высоты фильтрующей части сооружения ПВС заполняют камнем внутреннее междуоткосное пространство 6, применяя способ отсыпки камня "с головы";

и) после заполнения междуоткосного пространства удлиняют фильтрующую часть сооружения посредством сдвижки бульдозером с ее торцов объемов камня, дополнительно транспортируемых автосамосвалами по верху возводимой дорожной насыпи;

к) планируют и покрывают изоляцией верх фильтрующей части сооружения. При этом полотна изоляции укладывают поперек продольной оси сооружения, начиная со стороны входного оголовка с перекрытием на 10-15 см каждого предыдущего полотна последующим;

л) на покрытую изоляцией поверхность фильтрующей части сооружения отсыпают и уплотняют послойно грунтом верхнюю часть дорожной насыпи до ее проектной отметки .

3.12. Контроль качества работ по отбору камня установленных размеров, подготовке основания, возведению фильтрующей части сооружения, укладке изоляции и укреплению откосов и русла должен быть организован представителями группы Заказчика и Мерзлотной станцией с подтверждением завершенности и качества всех скрытых работ актами осмотра, замеров и приемки.

3.13. На каждое законченное водопропускное сооружение (ФН, КФН и ДП) должен быть составлен паспорт, включающий основные данные из проекта, актов осмотра и приемки, сведения об оборудовании, установленном для контроля теплового и гидравлического режимов ФЧ сооружения и ее основания, для измерения осадка и данных об общем состоянии сооружения.

Составление паспортов целесообразно поручать Мерзлотной станции (Подрядчик) по договору с Дирекцией строительства (Заказчик).

4. Эксплуатация

4.1. Содержание ФН, КФН и ДП в условиях временной и постоянной эксплуатации следует осуществлять в соответствии с требованиями "Инструкции по содержанию искусственных сооружений" [2], обеспечивая систематический надзор и выполнение текущего и периодического осмотров, а также обследований, специальных наблюдений и осмотров.

4.2. В состав текущего содержания ФН, КФН и ДП следует включать:

очистку оголовков от наносов и зарослей;

подготовку к пропуску весенних вод и пропуску паводков, в том числе очистку русла от снега, сколку льда у входного оголовка, устройство при необходимости специальных ограждений.

4.3. Капитальный ремонт ФН, КФН и ДП должен включать работы:

по переборке (при необходимости) камней входного и выходного оголовков и удалению наносов и зарослей из пустот между камнями иа расстояние 0,5-1,0 м от лобовой поверхности оголовков;

по удлинению ФЧ сооружений в случае уширения земполотна, выполняемого по соответствующему проекту реконструкции или усиления существующего пути, строительства второго пути или станционного развития;

относящиеся к текущему содержанию водопропускных сооружений.

4.4. Для наблюдения за уровнем воды у входных оголовков ФН должны быть установлены водомерные самофиксирующие рейки согласно требованиям Инструкции [2].

4.5. После прохода весенних вод и паводков должно быть проверено состояние русла, специальных ограждений и оголовков;

все повреждения оголовков, подходного русла, откосов прилегающих участков насыпи должны быть устранены в соответствии с требованиями Инструкции [2].

Список литературы

1. Перетрухин Н.А., Минайлов Г.П., Ткачевский И.Д. и др. Способ возведения насыпи. Авт. св. N 1060761, 1983.

2. Инструкция по содержанию искусственных сооружений. М., Транспорт, 1986.

______________________________

* В пределах марей и других участков трассы с хорошо развитым растительно-моховым покровом такие ограждения не требуются.